книги / Сопротивление материалов деформированию и разрушению. Ч. 1

Т а б л и ц а 2.71. Механические свойства при комнатной температуре и некоторые физические свойства никелевых и кобальтовых сплавов с направленной структурой

в газовых турбинах и космической технике, где требуется высокая рабочая темпе­ ратура. В отличие от классических жаропрочных сплавов, подобные сплавы анизо­ тропны. Физико-механические свойства некоторых никелевых и кобальтовых спла­ вов с направленной структурой приведены в табл. 2.71 [158].

О влиянии анизотропии на предел прочности одного из эвтектических сплавов можно судить поданным, приведенным на рис. 2.74 [158], где приведена температур­ ная зависимость для сплава MARM-302, близкого по составу в эвтектическому.

Повышение рабочих характеристик жаропрочных сплавов, в частности на осно­ ве никеля, используемых для изготовления лопаток газотурбинных двигателей и других деталей, возможно также путем армирования сплавов высокопрочными ни­ тями, например нитями А120з. Некоторые данные по свойствам композита никель — нитевидные кристаллы А12Оа приведены в табл. 2.72 [96].

В ряде случаев существенное улучшение сплавов достигается путем легирования металлической матрицы проволокой из тугоплавкого металла. Создание таких мате-

Т а б л и ц а 2.72. Прочность композиции никель — нитевидные кристаллы А1о03 на растяжение при 298 и 1273 К

* Непрерывная композиция: длина нитевидных кристаллов превышает длину образца; дис­ кретная композиция: длина нитевидных кристаллов меньше длины образца.

риалов позволяет использовать положительные свойства тугоплавких металлов (вы­ сокая температура плавления, высокие характеристики прочности), которые не мо­ гут быть реализованы непосредственно в связи с низким сопротивлением окисления этих металлов.

Армирование проволкой тугоплавких металлов позволяет повысить пластич­ ность, сопротивление удару и вязкость материала. Проблемой для таких материа­ лов является совместимость проволки с матрицей.

На рис. 2.75 показаны характеристики прочности ряда композиций с матрицей из меди или медных сплавов и наполнителем в виде вольфрамовой проволоки (70 об.

Рис. 2.75. Зависимость предела прочности от температуры композиций, содержащих 70 об. долей волокон вольфрама и матрицу на основе меди

Рис. 2.76. Диаграммы деформирования керамики, армированной волокнами воль­ фрама

* Средние значения при влажности 15 %.

(2), и тангенциальный, идущий вдоль ствола на некотором расстоянии от него (5)1 Свойства древесины рассматривают в трех направлениях: продольном, радиальном и тангенциальном. Ствол состоит из четырех основных частей (рис. 2.78): коры (5), камбия (4) (тонкий слой живых клеток, которые путем деления обеспечивают рост ствола в толщину); древесины (2) (состоит из мертвых отвердевших клеток) и серд­ цевины (/), являющейся наиболее слабой частью [69, 88].

Наружные наиболее молодые наслоения древесины ряда пород (сосна, дуб и др.) имеют более светлый цвет. Такая кольцевая зона называется оболонью, или заболонью (5), в отличие от темной центральной части — ядра (б). По сравнению с ядром оболонь более гигроскопична, легче загнивает, легче гнется. Породы, не имеющие такого различия древесины по цвету, называют безъядровыми (ель, бере­ за и др.).

Механические свойства древесины зависят от влажности, которая определяет­ ся зависимостью

0 — 0«

Древесина разных пород имеет одинаковый химический состав, поэтому плот­ ность вещества, образующего стенки клеток, принимается равной 1,54 г/см3. Для практических целей важно знать массу, которая зависит от влажности материала w и коэффициента объемной усушки К0. Масса древесины с влажностью 7....23 %

Значения у,*5древесины составляют 0,-34...0,98 г/см3. Чем больше масса древесины, тем лучше она сопротивляется нагрузкам.

Для приведения показателей прочности древесины с влажностью в пределе 8...

...20 %0и»к показателям при влажности 15 % а15 используют зависимость

ти различных сортов древесины существенно изменяются, зависят от вида прило­ жения нагрузки (растяжение, сжатие, изгиб) и направления ее действия. Наиболее

низкие характеристики прочности имеет древесина при скалывании вдоль волокон. Как и для композиционных материалов, армированных волокнами (см. рис. 2.74).

наиболее низкие значения прочности имеют место при сжатии, более высокие харак­ теристики прочности наблюдаются при изгибе и растяжении.

Прочность древесины зависит от скорости нагружения: чем медленнее проклады­ вается нагрузка, тем меньше предел прочности. Снижается прочность при увеличе­ нии длительности нагружения; предел выносливости при переменных нагрузках для разных пород составляет 0,24,,.0,38 от предела прочности.

Глава 3

УСЛОВИЯ НАГРУЖЕНИЯ И ТИПИЧНЫЕ РАЗРУШЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И СООРУЖЕНИЙ

В практике довольно часто встречаются разрушения и преждевре­ менный выход из строя деталей машин и сооружений. Это объясняется недоста­ точной точностью методов проектирования, в том числе неучетом действительного ре­ жима и уровня нагрузок, действующих на детали, недостаточной изученностью свойств материала, закладываемых в расчет, необоснованностью критериев разруше­ ния и запасов прочности и т. д.; несовершенством материалов и технологических процессов, приводящих при производстве деталей к отклонению свойств материа­ лов от расчетных и возникновению дефектов; отклонением от нормальных условий эксплуатации, выражающимися в превышении расчетных нагрузок температур и других параметров рабочего процесса, несвоевременности и некачественности тех­ нических обслуживаний и ремонтов и т. д.

Исследование сопротивления материалов деформированию и разрушению долж­ но быть тесно! увязано с условиями нагружения (тепловой, механической и другой) тех деталей, для изготовления которых они предназначены, поскольку только в этом случае можно получить достоверную информацию для выбора материала и для рас­ чета детали на прочность. Это особенно важно в связи с тем, что условия нагружения деталей различного назначения существенно отличаются по длительности прило­ жения нагрузки, режиму нагружения, рабочей температуре, контактным взаимо­ действиям, концентрации напряжений, воздействия сред и потоков и т. п. В то же

Важной информацией для совершенствования свойств материалов, технологий их обработки и методов проектирования является анализ разрушений деталей и кон­ струкций, встречающихся в практике. Анализ этих разрушений позволяет выявить причины разрушений конкретной техники и исключить их в дальнейшем и развить соответствующие научные исследования для описания процессов, часто весьма слож­ ных, которые приводят к таким разрушениям, и на основе этого повысить уровень проектирования машин и сооружений. Можно назвать сравнительно много случаев, когда имевшие место разрушения стимулировали развитие новых научных направ­ лений. Так, хрупкое разрушение корпусов судов стимулировало развитие механики разрушения. Разрушение деталей в условиях колебаний, например разрушение элементов самолетов, мостов с большими пролетами и тому подобное, привело к раз­ витию теории автоколебаний, усталостное разрушение самолетов в условиях второй мировой войны — к развитию исследований малоцикловой усталости и т .д . В то же время можно с уверенностью сказать, что информация, заключающаяся в разруше­ нии и преждевременном выходе техники из строя, в связи с различного рода причи­ нами, далеко не в полной мере используется для совершенствования методов про­ ектирования и технологий производства деталей машин.

Анализ разрушений с целью выявления действительных причин, приведших